Quy hoạch mạng CDMA2000 1X

Lời giới thiệu
Hiện nay nhu cầu về sử dụng dịch vụ thông tin di động đã trở nên rất
phổ biến, đặc biệt là dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, đây còn là một trong các tiêu
chuẩn bắt buộc của ITU cho mạng thế hệ thứ 3(3G). Tại Việt Nam 2 mạng
GSM hiện tại đang sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Rate Service),
truyền dữ liệu, nhng vẫn cha thể đáp ứng đợc các dịch vụ đòi hỏi băng thông
rộng nh truyền hình hội nghị..Trong bối cảnh nh thế việc ra đời mạng thông
tin di động sử dụng công nghệ CDMA của Sài Gòn Postel nh một giải pháp
hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên việc đảm bảo , duy trì cho mạng
hoạt động tốt lại là vấn đề không đơn giản. Để góp phần giải quyết vấn đề này,
đợc sự hớng dẫn nhiệt tình của TS. Phạm Công Hùng, Trờng Đại học Bách
khoa Hà Nội, tác giả đã nghiên cứu đề tài Quy hoạch mạng CDMA2000 1x .
Ngoài việc cung cấp cơ sở lý thuyết cho nhà khai thác mạng trong việc đảm
bảo chất lợng mạng, đây còn là cơ sở cho việc mở rộng mạng sau này. Với
mục đích đó luận văn đợc kết cấu thành 7 chơng nh sau:
Chơng 1: Giới thiệu sơ lợc về lịch sử mạng thông tin di động CDMA, và
vai trò của quy hoạch mạng trong đó, các vấn đề chính trong việc quy hoạch
mạng
Chơng 2: Giới thiệu một số mô hình đờng truyền và các vấn đề liên
quan làm cơ sở cho việc tính toán truyền sóng
Chơng 3: Quy hoạch dung lợng mạng, chơng này cung cấp các lý thuyết
về dung lợng, các công thức tính toán làm cơ sở tính toán số lợng thuê bao hệ
thống, từ đó thiết kế mở rộng phần cứng
Chơng 4: Quy hoạch cùng phủ sóng, chơng này trình bầy các lý thuyết
về vùng phủ sóng, tính toán vùng phủ sóng
Chơng 5: Quy hoạch PN đây là vấn đề nan giải trong mạng CDMA, nó
giống nh sử dụng lại tần số trong GSM, quy hoạch mà không tốt thì gây nhiều
1
cho mạng, điều này đặc biệt quan trọng trong CDMA vì khi mà mức nhiễu nền
tăng thì đồng nghĩa với nó là số thuê bao phục vụ đồng thời giảm
Chơng 6: Lý thuyết tối u hoá, chơng này trình bầy một số vấn đề chính

trong việc tối u hoá mạng, nghiên cứu mạng CDMA 2000 1x triển khai tại
Việt Nam
Do thời gian nghiên cứu cũng nh khả năng bản thân có hạn nên luận văn
không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đợc những ý kiến của các thầy
cô, cũng nh bạn bè đồng nghiệp
Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, bạn bè, và các
đồng nghiệp đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua.
Hà Nội tháng 10/2003
Vũ Văn Trờng
2
Chơng 1: Tổng quan mạng thông tin di động tế bào
CDMA - Vấn đề quy hoạch mạng
1. Lịch sử và quá trình phát triển của thông di động tế bào CDMA
All IP
All IP
GSM
GPRS
TDMA
cdmaOne
(IS-95A)
cdmaOne
(IS-95B)
CDMA
WCDMA
EDGE
EGPRS
EDGE
EGPRS
cdma2000
(1x)

cdma2000
(3x)
ALL IP
10 ~ 50Kbps
14Kbps
30 ~ 150Kbps
Max. 2Mbps
144kbps
Max. 307Kbps
Max. 2.4Mbps
Max. 3.09Mbps
64Kbps
cdma2000
(1xEV-DO)
cdma2000
(1xEV-DV)
Thế hệ thứ 3(3G)
Thế hệ thứ 2(2G)
Thế hệ thứ 2,5(2,5G)
Ngày nay sự phát triển của thông tin số đang trở nên mạnh mẽ, đặc biệt
là thông tin di động, tuy trải qua nhiều thế hệ khác nhau nhng tại mỗi thời
điểm thì CDMA luôn là công nghệ đáp ứng đợc các dịch vụ thoại và dữ liệu có
chất lợng tốt hơn cho ngời sử dụng, đây là nền tảng của của thế hệ thứ 3 trong
tơng lai, là một công nghệ trải phổ nên nó cho phép nhiều ngời chiếm cùng
băng tần cùng lúc, và họ sẽ phân biệt nhau bằng mã riêng.
Tuy ra đời cách đây đã lâu, ý tởng lúc đầu về CDMA là lý thuyết của
shanon, vào khoảng những năm 1970 rồi đợc sử dụng trong quân sự , và theo
thời gian nó đợc thơng mại hoá trên thế giới.
3
Hình 1.1. Xu hớng phát triển của di động CDMA

IS-95 one là chuẩn di động tế bào số CDMA đầu tiên, đợc giới thiệu lần
đầu tiên vào tháng 7 năm 1993 bởi hiệp hội tiêu chuẩn công nghiệp viễn
thông Mỹ, nó bao gồm CDMA IS - 95A và IS -95B
IS-95 A là hệ thống tế bào thơng mại đầu tiên do hiệp hội công nghiệp
viễn thông Mỹ TIA giới thiệu. Chính thức khai thác vào tháng 12 năm 1996 tại
Hồng Kông, đôi khi ngời ta còn gọi đây là công nghệ CDMA thế hệ 2 (2G)
IS-95B hay còn gọi là thế hệ 2,5G ra đời sau IS-95A, đó là sự kết hợp
giữa chuẩn IS-95A và một số chuẩn khác nh ANSI-J-008 và TSB-74, trong đó
ANSI-J-008 ban hành năm 1995 và là chuẩn của hệ thống PCS 1,8-2,0GHz
CDMA. Còn TSB 74 mô tả tơng tác giữa IS-95A và CDMA PCS để chúng
tơng thích nhau. Hệ thống thế hệ 2,5G này đợc triển khai lần đầu tiên vào
tháng 9 năm 1999 tại Hàn Quốc và sau đó đợc chấp nhận tại một số nớc khác
nh Nhật Bản và Peru..
Xu hớng di động hiện này chính là 3G và CDMA2000 chính là một
trong các ứng cử viên đó,
CDMA 2000 phát triển theo 2 pha, là CDMA2000 1x và CDMA 2000 1xEV
- CDMA 2000 1x có thể tăng gấp đôi dung lợng thoại so với mạng CDMAone
và có thể hỗ trợ dữ liệu với tốc độ đỉnh là 307kbps trong môi trờng di động.
Thơng mại hoá lần đầu tại Hàn Quốc vào tháng 10 năm 2000 bởi công ty SK
4
Hình 1.2. Các ứng cử viên cho mạng 3G
Telecom. Rồi sau đó tại các nớc châu á nh Việt Nam (7/2003), Peru.. và một
số nớc khác.
CDMA 2000 1xEV bao gồm CDMA 2000 1xEV-DO hỗ trợ việc truyền
dữ liệu với tốc độ đến 2,4Mbps phù hợp với các ứng dụng đa phơng tiện nh
nhạc MP3 và truyền hình hội nghị . Triển khai tại Hàn Quốc vào năm 2002 bởi
SK Telecom và KT Freetel và CDMA 2000 1xEV-DV là sự tổ hợp của thoại
và dịch vụ đa phơng tiện tốc độ cao lên đến 3,09 Mbps. Hiện nay đã nghiên
cứu thành công trong phòng thí nghiệm
2. Vấn đề quy hoạch mạng

Tại Việt Nam một dự án hợp tác giữa Công ty SPT và SLD theo hình
thức hợp đồng hợp tác kinh doanh BCC đã đợc thành lặp để triển khai mạng
CDMA2000 1x , mạng chính thức đa vào khai thác 1/7 năm 2003. Tính đến
thời điểm này mạng đã và đang cung cấp các dịch vụ cơ bản nh thoại fax và
các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho khách hàng trong cả nớc, tuy nhiên diện
phủ sóng hiện nay mới chỉ là các thành phố lớn ở phía Bắc và Nam cụ thể là đã
phủ sóng đợc 12 tỉnh thành trong cả nớc bao gồm Hà Nội, Hà Tây Quảng
Ninh, Hải Phòng, Hải Dơng, Hng yên, Thành Phố Hồ Chí Minh, Bình Dơng,
Đồng Nai, Vũng Tàu. Trong năm tới sẽ tiến hành phase 2 tức là phủ sóng tất
cả các tỉnh thành trong cả nớc. Nh vậy sẽ phải cắm thêm các trạm mới tính
toán các vị trí trạm, tính dung lợng,....Để đảm bảo tốt các yêu cầu ký thuật đó
thì cần phải có một sự quy hoạch mạng chi tiết trớc khi triển khai, để giảm
thiểu chi phí đồng thời đạt hiệu quả kinh tế cao. Không những thế việc quy
hoạch mạng còn để duy trì các tham số, chỉ tiêu kỹ thuật của mạng
Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn tác giả chỉ trình bầy một số
vấn đề chính về mặt kỹ thuật của quy hoạch mạng, nhằm cung cấp các lý
thuyết cơ bản, cái nhìn tổng quan cho những nhà khai thác mạng
5
Vấn đề quy hoạch ở đây có thể tách thành một số vấn đề chính nh sau: vấn đề
dung lợng mạng, truyền sóng, phủ sóng, PN offset, đó cũng chính là nội dung
các chơng tiếp theo của luận văn

6
Chơng 2: Mô hình đờng truyền và một số vấn đề
liên quan
2.1. Đặt vấn đề
Trong hệ thống thông tin thì tỷ số tín hiệu trên tạp âm là một tham số
quan trọng, trong hệ thống thông tin vô tuyến thì tỷ số này phụ thuộc các tham
số theo phơng trình sau
N

GLERP
N
C
Rp
)(
=
(2.1)
Trong đó :
+ ERP (Effective Radiated Power ) là công suất bức xạ hiệu quả của
Antena, L
P
là tổn hao đờng truyền, còn G
R
là tăng ích xử lý của Antena thu, N
là công suất tạp âm
ERP=P
T
L
C
G
T
(2.2)
+ P
T
: Công suất tại đầu ra của bộ khuyếch đại công suất máy phát
+ L
C
: Tổn hao cáp giữa khuyếch đại công suất phát và Antena phát
+ G
T

: Tăng ích của Antena phát
+ Đối với N tuy có nhiều loại nhng ở đây ta chỉ xét công suất tạp âm
nhiệt khi đó:
N=kTW (2.3)
+ K: Hằng số Boltzmann: K=228.6 dBW/Hz/K
+ T: Nhiệt độ tạp âm của máy thu
+ W: Băng thông của hệ thống
Nh vậy C/N phụ thuộc vào các tham số nh tăng ích Antena thu phát,
công suất thu phát, nhiệt độ tạp âm nhiệt, tất cả các tham số này đều có thể
căn chỉnh để cho hệ thống tối u tuy nhiên có một vài yếu tố mà ta không thể
điều khiển đợc đó chính là tham số đờng truyền hay tổn hao đờng truyền
7
Muốn biết đợc tham số này thì ngời ta phải dựa vào các mô hình dự
đoán, vì các phần tiếp theo sẽ nghiên cứu về các mô hình dự đoán tổn hao
cũng nh các vấn đề khác của đờng truyền
2.2. Các mô hình dự đoán tổn hao đờng truyền
2.2.1. Môi trờng outdoor
2.2.1.1. Mô hình tổn hao không gian tự do
Trong không gian tự do sóng điện từ suy giảm theo hàm bình phơng ngợc của
khoảng cách 1/d
2


2
d
2
4
P
L

=
(2.4)
hay:
L
P
= -32,4-20log(f
C
)-20log(d) (2.5)
Trong đó:
+ d (km): khoảng cách giữa máy thu và máy phát
+ (àm): bớc sóng của tín hiệu
+ f
C
(Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu
+ L
P
(dB): tổn hao đờng truyền của tín hiệu(L=loss, P=path)
Số hạng thứ nhất và thứ 2 là hằng số hiệu dụng do vậy tổn hao đờng
truyền sẽ thay đổi theo khoảng cách d, với độ dốc của đờng cong logarit là
-20dB/decade
Nhận xét: Mô hình tổn hao không gian tự do đợc sử dụng chủ yếu trong
thông tin vệ tinh và các hệ thống thông tin khoảng cách xa khi mà tin hiệu
chủ yếu là truyền trong không gian tự do.
Trong hệ thống thông ti di động của chúng ta thì các tổn hao chủ yếu
là do các vật cản mặt đất nh toà nhà cây cối... thì mô hình này không phù
hợp và cần sử dụng các mô hình dự đoán khác chính xác hơn.
8
2.2.1.2. Mô hình Hata-Okumura
Xuất phát từ các kết quả đo thực tế trong các môi trờng đờng truyền di
động đợc thực hiện bởi Okamura, và các công cụ xấp xỉ toán học, Hata đã xây

dựng nên mô hình dự đoán tổn hao đờng truyền Hata-Okumura.
a). Vùng đô thị (urban area):
L
P
= -K
1
- K
2
log(f
C
)+13.82log(h
b
)+a(h
m
)-[44.9-6.55log(h
b
)].log(d)- K
0
(2.6)
Trong đó:
+ L
P
(dB): tổn hao đờng truyền
+ f
C
(=150-ữ2000Mhz): tần số sóng mang của tín hiệu
+ h
b
(=30-ữ200 m): chiều cao antenna trạm gốc
+ h

m
(=1-ữ10 m): chiều cao antenna trạm di động
+ d (=1-ữ20 km): khoảng giữa cách trạm gốc và trạm di động
Chú ý: độ dốc ở đây là - [44.9-6.55log(h
b
)] dB/decade
Tham số a(h
m
) và hệ số K
0
đợc sử dụng để điều chỉnh chiều cao của antenna
tuỳ theo môi trờng:
Nếu thành phố nhỏ hoặc trung bình thì :
a(h
m
) = [1.1log(f
C
)-0.7].h
m
- [1.56log(f)-0.8]

và K
0
=0dB
Nếu thành phố lớn thì :
f
C
200Mhz a(h
m
) = 8.29[log(1.54h

m
)]
2
- 1.1
f
C
400Mhz a(h
m
) = 3.2[log(11.75h
m
)]
2
- 4.97

và K
0
=3dB
Các hệ số K
1
và K
2
đợc sử dụng để giải thích về dải tần số, cụ thể là :
Nếu 150Mhz f
C
1000Mhz thì K
1
= 69.55
K
2
=21.16

Nếu 1500Mhz f
C
2000Mhz thì K
1
= 46.3
K
2
=33.9
b). Vùng ngoại ô (suburban area):
9
dB4.5
2
28
C
f
log2
)urban(P
L
)suburban(P
L

=
(2.7)
c). Vùng mở (open area):
( )
dB94.40
C
flog33.18
2
C
flog78.4
)urban(P
L
)open(P
L
+=
(2.8)
d). Nhận xét:
Đây là mô hình đợc sử dụng rất rộng rãi trong các tool đờng truyền môi
trờng thông tin di động tế bào bởi vì nó chứa nhiều tham số của đờng truyền
nh nh tần số, dải tần, chiều cao antenna thu phát, mật độ nhà. Mặc dù nó
không bao quát hết đợc các vấn đề đờng truyền nhng thực tế nó lại rất hiệu
quả trong các đô thị có mật độ cao
2.2.1.3. Mô hình Wdfish-ikegami (Cost 231)
Mô hình này đợc sử dụng để ớc lợng tổn hao đờng truyền (L
P

) trong
môi trờng đô thị cho hệ thống thông tin di động tế bào ở dải tần 800Mhz
ữ2000Mhz. Thực tế mô hình này đợc sử dụng chủ yếu ở Châu Âu cho hệ
thống GSM. Mô hình này chứa 3 phần tử là : tổn hao trong không gian tự do
(L
f
), tổn hao tán xạ (Scatter) và nhiễu xạ (diffraction) rooftop-to-street (L
rts
)
và tổn hao che chắn (multiscreen) (L
ms
)
L
P
= L
f
+ L
rts
+ L
ms
(2.9)
Trong đó:
+ L
f
= 32.4+20logd+20logf
C
dB
+ L
rts
= -16.9-10.logW+10logf

C
+20logh
m
+L
0
dB
+ W(m): bề rộng của phố
+ h
m
= h
r
-h
m
(m)
+ L
0
=-9.646 dB nếu : 0 35
0
+ L
0
=2.5 + 0.075 (-35
0
) dB nếu : 35 55
0
+ L
0
=4-0.114(-55
0
) dB nếu : 55 90
0

+ : là góc tới của phố
10
R
MS

b w
m
h
m
h
Hình 2.1. Mô hình đờng truyền COST123
Ta có:
L
ms
= L
bsh
+k
a
+k
d
logd+k
f
logf
C
-9logb (2.10)
+ b(m): Khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đờng truyền vô tuyến
+ L
bsh
=-18log11+h
b

, nếu h
b
>h
r
= 0 nếu h
b
< h
r
+ k
a
= 54 nếu h
b
>h
r
= 54- 0.8h
b
nếu d 500m và h
b
h
r
= 54- 1.6h
b
.d nếu d < 500m và h
b
h
r
r
h
b
h,

m
h
b
h15
18
d
k
h
b
h,18
d
k



=
<=
+ Đối với thành phố trung bình với mật độ cây vừa phải







+=
1
925
C
f

7.04
f
k
+ Đối với trung tâm đô thị
11






+=
1
925
C
f
5.14
f
k
Dải tham số cho mô hình
800 f
C
2000 (Mhz)
4 h
b
50 (m)
1 h
m
3 (m)
0.02 d

5 (km)
Một số giá trị mặc định cho mô hình
b=20-50m
W=b/2
=90
0
Chiều cao của mái nhà R =3m đối với mái dốc và R = 0 với mái phẳng
Khi đó chiều cao của toà nhà h
r
= tổng chiều cao các tầng+ R
Thực hiện bớc so sánh nhỏ giữa mô hình Hata-Okumura và Wdfish-ikegami
thì có :
Tổn hao đờng truyền (dB)
Mô hình Hata-Okumura Mô hình Wdfish-
ikegami
1 126.16 139.45
2 136.77 150.89
3 142.97 157.58
4 147.37 162.33
5 150.79 166.01
Bảng 2.1. So sánh tổn hao đờng truyền giữa mô hình Hata-
Okumura và COST 123
Nhận thấy giá trị dự đoán tổn hao của mô hình Hata-Okumura bao giờ
cũng thấp hơn từ 13-16dB, sở dĩ có điều này là vì mô hình Hata-Okumura đã
12
bỏ qua ảnh hởng của các yếu tố nh bề rộng phố, tổn hao khúc xạ, tán xạ phố
trong khi đó các yếu tố này lại xuất hiện trong mô hình Wdfish-ikegami
2.2.2. Môi trờng Indoor
Các nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng khi MS di

chuyển bên trong của toà nhà thì nó sẽ chịu ảnh hởng của phading Rayleigh
do các vật cản trên đờng truyền và phading Ricean do đờng truyền sóng ngoài
tầm nhìn thẳng (LOS, đờng truyền nhìn thẳng là đờng không có vật cản toà
nhà , không có các phản xạ của tín hiệu). Nếu không xét đến kiểu nhà thì
phading Rayleign là phading ngắn hạn vì các tín hiệu đa đờng triệt tiêu nhau
một phần khi tổng hợp tại máy thu MS . Phadinh Ricean là sự kết hợp của một
đờng LOS mạnh và phản xạ từ mặt đất cùng với một số các đờng phản xạ yếu
khác .
Đối với CDMA việc xác định lợng suy hao truyền dẫn giữa các tầng là
rất quan trọng và cần thiết để quy hoạch sử dụng lại các tần số giữa các tầng
tránh đợc nhiễu đồng kênh. Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến suy hoa đờng
truyền nh loại vật liệu, kiểu cửa sổ toàn nhà, nội thất...Tuy nhiên một đặc điểm
rất quan trọng ở đây là tổn hao giữa các tầng sẽ không tăng tuyến tính với
khoảng cách (theo đơn vị dB). Tổn hao lớn nhất xảy ra khi máy thu và máy
phát cách nhau một tầng đơn. Tổn hao đờng truyền tổng cộng sẽ tăng với tỷ lệ
nhỏ hơn so với tăng số lợng tầng, cụ thể là giá trị điển hình của suy hao giữa
các máy thu và máy phát nếu cách nhau 1 tầng là 15dB, trong 4 tầng tiếp theo,
thì suy hao sau mỗi tầng là từ 6-10dB cho tầng tiếp theo, sau đó nếu tăng số
tầng lên nữa thì lợng suy hao chỉ còn là vài dB sau mỗi tầng.
Trong trờng hợp máy phát đặt bên ngoài toà nhà thì nghiên cứu đã chỉ
ra rằng tín hiệu thu đợc bên trong nhà sẽ tăng theo chiều cao toà nhà bởi vì,
đối với các tầng thấp hơn thì các cụm dân c xung quanh làm cho suy hao lớn
hơn nên giảm mức đâm xuyên. Với các tầng cao hơn có thể tồn tại đờng
13
truyền tầm nhìn thẳng (LOS) và vì vậy tín hiệu tới tờng mặt ngoài của toà nhà
mạnh hơn, khi đó tổn hao đâm xuyên là một hàm của tần số (tỷ lệ nghịch), và
của chiều cao toà nhà (tỷ lệ nghịch). Nếu mặt đâm xuyên có cửa sổ thì thực
nghiệm đã chỉ ra tổn hao cờng độ tín hiệu bên trong toà nhà sẽ giảm đợc trung
bình khoảng 6 dB so với không có cửa sổ, nh vậy mức thu tín hiệu bên trong sẽ
cải thiện đợc 6dB. Thực nghiệm cũng chỉ ra rằng tổn hao đâm xuyên sẽ giảm

khoảng 2 dB/ tầng từ tầng mặt đất đến tầng thứ 10 và sau đó bắt đầu tăng, sự
tăng này là do đóng góp của hiệu ứng che chắn của các toà nhà lân cận. Tổn
hao đờng truyền trung bình là hàm của khoảng cách giữa máy thu và máy phát
trong toà nhà giữa các tầng là
( ) ( )
dB
0
r
r
log.10
0
rLrL








+=
.
(2.11)
Trong đó:
+
( )
:rL
Tổn hao đờng truyền trung bình giữa các tầng
+
( )

:
0
rL
Tổn hao đờng truyền từ máy phát đến khoảng cách chuẩn, ở
đây ta chọn khoảng cách chuẩn là
km1
0
r
=

+ : Độ dốc hàm tổn hao trung bình, đây là hàm của số tầng
Nếu sử dụng hệ số suy hao tầng ( FAF= Floor Attennuation Factor ),
tức là ta dự đoán tổn hao trung bình cho một tầng, của một kiểu nhà sau đó sử
dụng hệ số suy hao tầng là một hàm của số tầng và kiểu nhà để tính theo công
thức sau

( ) ( )
FAFdB
0
r
r
log.10
0
rLrL
+

+=
or).(same_flo
(2.12)
Trong trờng hợp máy thu và máy phát cùng một tầng, và giữa chúng có các
bức vách ngăn cách mềm và bê tông thì công thức tổn hao cho cùng tầng sẽ là
( )
)wallconcrete(AF.q)partitionssoft(AF.p

r4
log20rL
++






=
(2.13)
Trong đó:
14
+ p: Số vách ngăn giữa máy thu và máy phát
+ q: Số bức tờng bê tông giữa máy thu và máy phát
+ AF= 1,39 dB cho mỗi vách ngăn
+ AF= 2,38 dB cho mỗi tờng bê tông
2.3. Trễ trải phổ đa đờng
Hiện tợng đa đờng xảy ra khi tín hiệu đến máy thu trực tiếp từ máy phát

và gián tiếp thông qua các vật cản và phản xạ. Lợng tín hiệu phản xạ tuỳ thuộc
vào nhiều yếu tố nh góc tới, tần số sóng mang, sự phân cực sóng tới. Bởi vì
quãng đờng đi của các sóng trực tiếp và gián tiếp khác nhau nên thời điểm tới
của các sóng cũng khác nhau. Hình 2.2 minh hoạ điều này
Hình 2.2. Vấn đề đa đờng trong thông tin di động
15
Hình 2.3. Ví dụ về trễ trải phổ
Một xung phát đi ở thời điểm 0, giả sử có hiện tợng phản xạ đa đờng,
máy thu cách trạm gốc khoảng 1km sẽ thu đợc một số xung, đây chính là hiện
tợng trải phổ. Nếu sai số thời gian t là đáng kể so với chu kỳ ký hiệu
(symbol) thì có thể xảy ra nhiễu xuyên ký hiệu, tốc độ truyền dữ liệu càng lớn
thì càng dễ xảy ra hiện tợng nhiễu xuyên ký hiệu. Trờng hợp các ký hiệu đến
sớm hay muộn hơn chu kỳ của nó thì có thể xảy ra hiện tợng mất hoặc trợt ký
hiệu.
2.4. Hiện tợng che chắn đờng truyền
Chúng ta đều biết rằng tín hiệu khi di chuyển từ máy phát đến máy thu
thì bị tổn hao, có nhiều loại tổn hao nhng chủ yếu vẫn là tổn hao đờng truyền
do khoảng cách và tổn hao che chắn do xuất hiện các vật cản giữa máy thu và
máy phát nh toà nhà, cây cối, xe cộ trên đờng...
Các tổn hao này sẽ làm cho mức công suất thu đợc tại máy thu giảm, có
thể dẫn đến rớt cuộc gọi. Mức giảm công suất này xảy ra với nhiều bớc sóng
khác nhau và đợc gọi là fading chậm, phading chậm thờng đợc mô hình hoá
bằng phân bố chuẩn logarit nên cũng gọi là fading chuẩn logarit
16
Nguyên nhân gây ra phân bố chuẩn logarit là tín hiệu thu đợc tại máy
thu là tổng hợp của các tín hiệu trực tiếp từ máy phát và một phần gián tiếp
phản xạ hoặc xuyên qua từ các vật cản khác nhau nh toà nhà cây cối..Qua mỗi
vật cản tín hiệu bị suy giảm một phần, kết quả là tín hiệu thu đợc sẽ phụ thuộc
vào các yếu tố truyền dẫn của các vật cản này. Khi các yếu tố này nhiều lên,
thì lý thuyết giới hạn chỉ ra rằng phần bố tổng sẽ là phân bố Gaussion

2.5. Phading đa đờng
Có những thời điểm khi mà máy thu không nhìn thấy máy phát do các
vật che chắn, lúc đó máy thu của MS vẫn thu đợc tín hiệu, đây là tổng hợp của
các tín hiệu phản xạ từ các vật thể trên đờng truyền, trong số các tín hiệu thu
đợc không có tín hiệu nào trội hơn hơn hẳn. Các đờng truyền của các tín hiệu
khác nhau nên thời điểm các tín hiệu đến máy thu khác nhau, biên độ và pha
của các tín hiệu khác nhau. Cả lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh rằng
đờng bao tín hiệu sóng mang thu đợc đối với MS di động theo phân bố
Rayleigh. Kiểu phading này gọi là phading Rayleigh. Mô hình lý thuyết đã chỉ
ra rằng nếu có N đờng tín hiệu phản xạ thì tín hiệu tổng hợp thu đợc tại MS là:
( )
( )
t
n,D
f2ft2
N
1
cos
n
Rtr


=
(2.14)
Mỗi tín hiệu thu đợc có biên độ
n
R
và tần số sóng mang f. Độ dịch tần
do hiệu ứng Doppler khi MS di động là
n,D

f
. Nếu hớng di động của MS song
song với tín hiệu thì dịch tần Doppler là


n,D
f
=
(2.15)
Trong đó: là tốc độ di động của MS. là bớc sóng của sóng mang
Biến đổi tơng đơng (2.6) theo dạng biên độ(Quadrature) và pha(I-phase) ta đ-
ợcs
( ) ( ) ( )
ft2Cos
Q
Rft2Cos
I
Rtr
+=
(2.16)
Với thành phần pha là
17
( )
( )
t
n,D
f2
N
1
Cos

n
Rt
I
R

=
(2.17)
Thành phần biên độ là
( )
( )
t
n,D
f2
N
1
Sin
n
Rt
Q
R

=
(2.18)
Các thừa số trong tổng (2.8) và (2.9) là độc lập và phân bố giống hệt
nhau theo các biến ngẫu nhiên. Vì vậy nếu N lớn cả 2 tổng này đều bằng 0.
Biên độ tín hiệu đờng bao là
( )
Q
2
R

I
2
RtR +=
(2.19)
Khi đó sẽ xuất hiện phân bố Rayleigh, phân bố này có hàm mật dộ xác
suất là
( )
2
2
2
R
e

R
Rp

=
với R 0 (2.20)
Và p(R) = 0 với R < 0 (2.21)
Bởi vì kiểu phading này thay đổi rất nhanh nên đôi khi gọi là phading
nhanh
Ví dụ : đối với băng tần di động CDMA 900Mhz, tốc độ di chuyển là
90km/h(25m/s) thì
- Bớc sóng là
m33,0
6
10x900
8
10x3
===

c
f
c

- Khi đó thời gian giữa 2 lần phading là
ms67,6
s/m25
m167,0


===
/2
t
- Dịch tần Doppler trong trờng hợp này là
Hz75
33,0
sec/m25
n,D
f
===


18
Chơng 3: Quy hoạch dung lợng mạng
3.1. Đặt vấn đề
Khái niệm dung lợng nói chung đề cập đến nhiều vấn đề và rất phức tạp
nhng ở đây chỉ đề cập đến dung lợng của phần vô tuyến tức là đề cập về số ng-
ời sử dụng tối đa mà trạm gốc có thể cung cấp nhằm đảm bảo chất lợng chất l-
ợng thông tin. Do đó từ đây về sau khi nói dung lợng của hệ thống tức là dung
lợng của trạm gốc.

Đối với hệ thống CDMA thì số ngời sử dụng (MS=Mobile Station) tối
đa mà hệ thống(trạm gốc) có thể cung cấp đối với tuyến xuống tức là từ BTS
MS sẽ khác đối với tuyến lên tức là từ MSBTS. Thông thờng thì dung l-
ợng của hệ thống CDMA tuỳ thuộc vào dung lợng của tuyến lên vì dung lợng
của tuyến xuống đợc quyết định bởi tổng công suất phát của trạm gốc(cell
site) và sự phân bố công suất đối với kênh lu lợng và các kênh mào
đầu(Overhead) khác nh kênh pilot, kênh nhắn tin(paging channel), kênh đồng
bộ(synchronous channel). Nếu công suất của trạm gốc không đủ để cung cấp
cho các kênh lu lợng tuyến xuống thì dung lợng hệ thống có thể bị hạn chế.
Các chuyển giao mềm của tuyến lên có thể cải thiện dung lợng của tuyến lên,
tuy nhiên chúng cũng ảnh hởng cụ thể là giảm đến dung lợng tuyến xuống.
Việc quy hoạch dung lợng tức là tính toán sao cho tối u hoá hệ thống
nhằm đạt đợc số ngời sử dụng tối đa, trong khi vẫn đảm bảo chất lợng dịch
vụ(QoS= Quality of Service) và chi phí tối thiểu. Đồng thời tính toán mở rộng
đợc dung lợng khi cần thiết
Chơng này sẽ trình bầy các khái niệm, các kỹ thuật cơ bản trong việc
quy hoạch dung lợng mạng.
19
3.2. Các khái niệm cơ bản
3.2.1. Mật độ lu lợng
Trớc khi bàn về lu lợng chúng ta sẽ định nghĩa đơn vị của nó. Lu lợng
đợc đo bằng mật độ lu lợng, với đơn vị là Erlang, do vậy khi nói về lu lợng ta
hiểu đó là mật độ lu lợng.
Có nhiều định nghĩa về Erlang nhng đơn giản nhất thì một Erlang là
một kênh thông tin làm việc trong 1giờ
Ví dụ: Thống kê từ lúc 8 -9 giờ cho thấy thời gian chiếm dụng kênh
tổng cộng của trạm di động đối với trạm gốc là 1200 phút thì mật độ lu lợng
của trạm gốc là:
Erlang20
s3600

s60x1200
=
3.2.2. Tải hệ thống
Dự báo tải lu lợng (Traffic demand = offered Load) là một vấn đề quan
trong trong việc quy hoạch mạng nói chung và trạm gốc nói riêng, tuy nhiên
nhu cầu này không thể đo trực tiếp đợc, mà chỉ có thể ớc lợng gián tiếp. Cái
mà ta có thể đo trực tiếp đợc chính là tải sóng mang(carried load) của trạm
gốc. Mối quan hệ giữa chúng có thể ớc lợng theo phơng trình sau
RateBlocking1
LoadCarried
LoadOffered

=
(3.1)
Tải lu lợng là đòi hỏi của ngời sử dụng với mạng, còn tải sóng mang là
khả năng thực tế mà mạng có thể cung cấp đợc, sự chênh lệch này chính là
phần bị nghẽn (Blocking) mà ta sẽ đề cập trong phần tiếp theo đây.
3.3. Cấp dịch vụ
3.3.1. Đặt vấn đề
Trớc hết chúng ta cần làm rõ 2 khái niệm là tỷ lệ nghẽn (Blocking rate)
và xác suất nghẽn (Blocking probability). Tỷ lệ nghẽn chính là số lợng đo đợc
20
của một trạm gốc xác định nào đó, còn xác suất nghẽn là xác suất mà một
cuộc gọi bị nghẽn do không còn kênh, xác suất này là hàm số của tải lu lợng
mong muốn và số kênh sẵn có theo quan hệ tỷ lệ thuận với tải, và tỷ lệ nghịch
với số kênh, và nó sẽ tăng khi nhu cầu tải tăng.
Trong thực tế ngời ta còn gọi xác suất nghẽn là cấp độ dịch vụ(GoS=
Grade of Service), GoS đợc đánh giá bằng các mô hình toán học, điển hình là
mô hình Erlang-B và Erlang-C mà ta sẽ xét trong phần tiếp theo
3.3.2. Mô hình Erlang-B

Mô hình này giả thiết các cuộc gọi bị nghẽn sẽ cố gắng để gọi lại tuy
nhiên không phải ngay lập tức. Khi đó xác suất nghẽn P
m
hay cấp dịch vụ GoS
là:
à








à



=


=
e.
!M
M
M
0i
!i
i
!M

M
)blocking(
m
P
(3.2)
Với: + M: số kênh (số ngời sử dụng) mà trạm có thể phục vụ
+ Các cuộc gọi đến theo phân bố Poisson có nghĩa là thời gian giữa các
cuộc gọi đến theo phân bố hàm mũ, các cuộc gọi bị nghẽn không thể
gọi lại ngay
+ Tải lu lợng trung bình của cell là:
à

=
(Erlang) (3.3)
+ là số di động(ngời sử dụng) trung bình trong 1giây
+ 1/à (giây) là thời gian trung bình cuộc gọi
Mối quan hệ giữa các tham số trong (3.2) với 3 giá trị QoS khác nhau đ-
ợc thể hiện bằng đồ thị hình 3.1
21
3.3.3. Mô hình Erlang-C
Điểm khác biệt của mô hình này so với mô hình Erlang-B là ở chỗ các
cuộc gọi mà bị nghẽn sẽ tiếp tục gọi lại cho đến khi thành công thì thôi, các
cuộc gọi lại đợc mô hình hoá nh một hàng đợi tức là sẽ không bị mất mà bị trễ
lại cho đến khi có thể. Xác suất theo Erlang-C bằng xác suất các cuộc gọi bị
trễ, hay xác suất trễ P


=

+

=
1M
0i
!i
i
)
M
1(
!M
M
!M
M
)delayed(P
(3.4)
Các giả thiết về M, nh mô hình Erlang-B. Mối quan hệ ở (3.4) đợc
biểu diễn trên hình (3.2) với 3 xác suất trễ khác nhau
22
Nhận xét: Qua 2 đồ thị hình 3.1 và hình 3.2 ta thấy mô hình Erlang-C cần
nhiều kênh hơn Erlang-B để đáp ứng tải lu lợng và xác suất nghẽn
Ví dụ: Trong giờ bận ví dụ từ lúc 5 đến 6 giờ chiều, một trạm gốc thống kê đ-
ợc tải sóng mang là 10 Erlang, cùng thời gian đó tỷ lệ nghẽn kênh là 9%. Nếu
muốn tỷ lệ nghẽn là 1% thì cần phải sử dụng bao nhiêu kênh ở trạm gốc
-Ta có tải lu lợng là, theo (3.2)
Erlang99.10
09.01
Erlang10
RateBlocking1
LoadCarried

LoadOffered
=

=

=
-Tra bảng Erlang-B với xác suất nghẽn 1% ta đợc số kênh cần thiết là
19 kênh, nếu tra bảng Erlang-C số kênh là 20 kênh. Rõ ràng Erlang-C cần
nhiều kênh hơn Erlang-B
3.4. Một số khái niệm khác trong hệ thống CDMA
3.4.1. Đặt vấn đề
Nh ta đã biết đối với các hệ thống di động nói chung thì các cuộc gọi tới
trạm gốc sẽ bị nghẽn khi không còn kênh. Đây là nghẽn cứng, tuy nhiên trong
hệ thống CDMA thì lại khác, khi số ngời sử dụng tăng lên thì mức nhiễu cũng
tăng, làm ảnh hởng đến chất lợng dịch vụ. Bởi vì các trạm gốc cùng dùng
23
chung phổ tần vô tuyến nên nhiễu tăng làm cho tỷ lệ mất khung
khung(FER=Frame Erase Rate) tăng và tỷ lệ rớt cuộc gọi sẽ cao hơn. Trong
trờng hợp này ngời ta gọi là nghẽn mềm vì số ngời sử dụng có thể tăng nếu nh
nhà cung cấp dịch vụ muốn chấp nhận mức nhiễu cao hơn và chất lợng dịch vụ
thấp hơn.
Nh vậy trong hệ thống CDMA tồn tại 2 kiểu nghẽn
+ Khi có nhiều ngời dùng thì mức nhiễu đối với ngời sử dụng mới sẽ
tăng, nếu mức này tăng hơn ngỡng thì cuộc gọi sẽ bị từ chối mặc dù còn nhiều
kênh ở trạm gốc, đây là nghẽn mềm
+ Một cuộc gọi có chất lợng tốt nhng nếu không có kênh tại trạm gốc
thì cuộc gọi vẫn bị nghẽn, đây là nghẽn cứng
Trong phần tiếp theo của chơng này sẽ đề cập rõ hơn về 2 loại nghẽn này
3.4.2. Nghẽn mềm trong hệ thống
Chúng ta sẽ xem xét điều kiện về nghẽn mềm đối với tuyến lên(từ trạm

di động đến trạm gốc) vì đây là tuyến bị giới hạn về dung lợng. Giả sử có đủ
kênh tại trạm gốc, khi đó việc xảy ra nghẽn cứng hầu nh là không thể. Các giả
thiết
+ Có M ngời sử dụng ở mỗi cell, và hệ thống có K cell
+ Điều khiển công suất là hoàn hảo
+ Trạm di động cần tỷ số năng lợng trên nhiễu E
b
/I
0
nh nhau
Nh ta đã biết nghẽn mềm xảy ra khi tổng nhiễu vợt quá giá trị ngỡng,
tổng nhiễu I
t
(I=Interference, t=total), nhiễu trong trạm gốc I
C
(c=cell), nhiễu
từ các cell khác I
O
(o=others ) và nhiễu tạp âm nhiệt N
O
(N
O
=Noise), vậy điều
kiện để không xảy ra nghẽn mềm là
o
N
o
I
c
I

t
I
++
(3.5)
o
N
1K
1j
M
1i
R.
bij
E.
fij
v
M
1i
R.
bi
E.
fi
v
t
I
+


=

=

+

=

(3.6)
24
Trong đó:
M: Số cuộc gọi đồng thời trong 1 cell(sector)
E
bi
: Năng lợng bit trên tín hiệu trạm di động thứ i trong cell đang xét
E
bij
: Năng lợng bit trên tín hiệu của trạm di động thứ i trong cell thứ j
R: Tốc độ mã hoá thoại của Vocoder
v
fi
: Hệ số tích cực thoại của trạm di động thứ i trong cell đang xét
v
fij
: Hệ số tích cực thoại của trạm di động thứ i trong cell thứ j
Chia 2 vế của (3.6) cho I
d
.R ta đợc
( )


=
=

=








+

=








à






1K
1j
Z

M
1i
d
I
j
bi
E
.
fij
v
M
1i
d
I
bi
E
.
fi
v1.
R
w
B
(3.7)
B
W
: Là băng thông trải phổ
I
d
=I
t

/B
W
: Là mật độ nhiễu trung bình(d=density)
N
t
I
1
=
à
: Gọi là mức tạp âm nền
Xác suất xảy ra nghẽn mềm P(blocking) là xác suất mà
( )






à






>
1
R
w
B

ZP)blocking(P
(3.8)
3.4.3. Nghẽn cứng trong hệ thống
Bây giờ chúng ta nghiên điều kiện xảy ra nghẽn cứng trong CDMA. Giả sử
tỷ lệ nhiễu tổng so với mức tạp âm nền đủ nhỏ, khi đó xác suất xảy ra nghẽn
mềm là không thể.
Xét hệ thống với 3 cell nh hình 3.3
25